Multifunctional Na2TiO3 Coating-Enabled High-Voltage and Capacitive-like Sodium-Ion Storage of Na0.44MnO2

材料科学 阴极 纳米棒 储能 电解质 溶解 涂层 化学工程 电容感应 电压 离子 氧化物 纳米技术 电气工程 电极 功率(物理) 物理 工程类 物理化学 化学 冶金 量子力学
作者
Yuge Cao,Meijing Xiao,Wujie Dong,Tianxun Cai,Yusha Gao,Hui Bi,Fuqiang Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (34): 40469-40477 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.3c06928
摘要

Sodium-ion batteries, as an attractive option for large-scale energy storage, still face the problems of low energy density and unsatisfactory rate performance. Among various cathodes, the tunnel-type Na0.44MnO2 with large S-shaped Na+ transport tunnels is one of the promising cathode materials for fast and robust sodium-ion storage, yet suffering from Mn dissolution and structural collapse. Herein, a Na-rich layered oxide Na2TiO3 is first constructed as a multifunctional coating layer on the surface of the Na0.44MnO2 nanorod. Na2TiO3 not only acts as an Na+ reservoir, but also serves as a protective layer to prevent Na0.44MnO2 from electrolyte etching. Besides, the derived Ti-doped Na0.44MnO2 transition layer supplies additional Na+ diffusion pathways along the radial direction of the nanorod with a short migration distance. The optimized 3 wt % Na2TiO3-coated Na0.44MnO2 exhibits enhanced an initial capacity of 127 mAh g-1 at 2-4.5 V. In addition, it shows an ultra-high capacitive-like capacity ratio of 96.7%, hence delivering an excellent rate performance of 80.2 mAh g-1 at 20C. Long-term cycling tests indicate splendid stability against high voltage, achieving 97.7% capacity retention at 20C after 900 cycles. This work provides an effective strategy to improve the rate performance and high-voltage stability of Na0.44MnO2 for high energy and power density batteries.
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